DE19622245C1 - Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern - Google Patents
Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen GüternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kleinbehälter zum Speichern von
verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere
für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Verteilung von Kühlgut, wie Lebensmitteln und verderbliche
Güter, werden auf dem Weg zwischen Erzeuger und Verbraucher
Kühlfahrzeuge eingesetzt, die aus wirtschaftlichen und
gesetzgeberischen Gründen meist im Frischdienst-Bereich bei
Temperaturen zwischen +2°C bis +12°C betrieben werden.
Gefrorenes Kühlgut, wie zum Beispiel Tiefkühlkost und Eiscreme,
erfordern dagegen niedrigere Temperaturen zwischen -18°C bis -
25°C, die nur mit Spezialfahrzeugen und mit speziellen - zusätzlich
gekühlten - Transportbehältnissen befördert werden können
(DE 36 10 563 C2, DE 30 03 987 C1).
Neben den seit langem bekannten Klein- und Großcontainern, die
im wärmeisolierten Aufbau des Kühlfahrzeuges angeordnet werden,
in denen aufwendige Kühleinrichtungen fest eingebaut sind - oder
bei Bedarf mit ihnen verbunden werden können - ist außerdem das
Kühlen mit "Trockeneis"-(Kohlendioxid) Stücken bekannt. Eine
Kühlung des Kühlgutes mit gleichbleibender Kälteenergie ist damit
aber nicht möglich. Bei der Kühlung mit Kohlendioxideis besteht
immer die Gefahr einer örtlichen Unterkühlung der Lebensmittel und
die Möglichkeit säuerlicher Reaktionen. Während am Anfang bei
großen Kohlendioxideismengen eine hohe Kühlleistung erzielt
werden kann, ist diese nach kurzer Zeit durch (Wasser-) Eis- und
Schneeauflage aus der Umgebungsluft sowie vorzeitiger
Trockeneis-Sublimation stark eingeschränkt. Eine praxisnahe
Kühlfahrt von zum Beispiel 6-10 Stunden kann daher ohne
Beeinträchtigung der Kühlwirkung nicht durchgeführt werden.
Die Kühlwirkung von flüssigem Stickstoff wird außer in
Kleincontainern auch in kleineren Gefriergefäßen ausgenutzt. In
derartigen Gefäßen werden biologische Proben und Ähnliches bei
der Temperatur des flüssigen Stickstoffs aufbewahrt. Derartige
Gefäße besitzen eine hochwertige Isolierung (Superisolation) damit
der Stickstoffverbrauch nicht untragbar hoch wird. Das Bestreben
bei diesen Gefriergefäßen geht zu best möglicher Isolierqualität hin.
Für die Transportkühlung von Isoliercontainern sind solche Gefäße
ungeeignet. Darüber hinaus sind Kleinbehälter für die Aufnahme
von Kältemitteln, mit einem das Kältemittel aufnehmenden
Innenbehälter und einem durch einen Isolationsraum in einem
Isolationsvakuum von ihm getrennten Außenbehälter bekannt
(DE-GM 18 37 143).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Kleinbehälter zu schaffen, mit dem über eine vorgegebene
Kühldauer eine gleichbleibende Kälteenergie bereitgestellt werden
kann.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1
berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe
erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird eine Wärmeströmung von dem den
Außenbehälter umgebenden Medium zu dem Innenbehälter
festgelegt und damit bei vorgegebener Geometrie des
Kleinbehälters die Kühldauer, während der das im Innenbehälter
angeordnete Kältemittel seine Kälteenergie an das
Umgebungsmedium abgibt. Bei festgelegter Geometrie und
vorgegebenem Volumen des Kleinbehäl
ters vorherbestimmbar fest. Bei vorgegebenen Volumen des Kältemittels
führt dies neben der festgelegten Kühldauer zu einer kontinuierlichen
Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Vorzugsweise werden in
den evakuierten Isolationsraum Edelgase, insbesondere Argon, einge
bracht, die das Isolationsvakuum des Isolationsraums so verändern,
daß eine in Abhängigkeit von dem in Isoliercontainern von Fahrzeugen
gegebenen Temperatur des Umgebungsmediums die Wärmeeinströ
mung in den Innenbehälter eingestellt wird. Die Wärmeeinströmung wird
bevorzugt über den Argon-Partialdruck des Isolationsvakuums einge
stellt, bevor der Isolationsraum des Kleinbehälters gasdicht geschlossen
wird.
In den Innenbehälter wird als Kältemittel ein tiefsiedendes verflüssigtes
Gas, insbesondere verflüssigter Stickstoff bei -196°C gefüllt, das seine
Kälteenergie an das Umgebungsmedium abgibt.
Dadurch daß im Innenbehälter eine poröse Speichermasse auf der Ba
sis von SiO₂ angeordnet ist, die das tiefsiedende verflüssigte Gas auf
nimmt, kann der Kleinbehälter mit topfförmiger Ausbildung, dessen Be
hälteröffnung mit einem Verschlußdeckel geschlossen ist, lageunab
hängig in einem Isoliercontainer mit Kühlgut angeordnet werden. Ein
Austreten des flüssigen Stickstoffs ist selbst bei einem auf dem Ver
schlußdeckel stehenden oder einem schräg liegenden Kleinbehälter si
cher ausgeschlossen.
Vorteilhaft ist in dem Speichermaterial eine von der Behälteröffnung bis
zum Boden durchgehende Befüllöffnung vorgesehen über die das tief
siedende verflüssigte Gas in den Innenraum des Innenbehälters einge
füllt wird und somit gleichzeitig über die gesamte Höhe des Kleinbehäl
ters von dem Speichermaterial aufgenommen werden kann. Bevorzugt
ist hierbei die Befüllöffnung in der Mitte des Kleinbehälter vorgesehen,
von der aus das Kältemittel gleichförmig bis zur Wand des Innenbehäl
ters vordringen kann. Vorteilhaft deckt ein Schutzsieb vor dem Spei
chermaterial dieses ab, so daß keinerlei Verunreinigungen beim Befül
len des Innenbehälters in den Kleinbehälter bzw. des Speichermaterial
eindringen können.
Das Speichermaterial besteht bevorzugt aus mehreren scheibenförmi
gen Lagen die jeweils unter Anordnung von wärmeleitenden Distanzhal
tern das gesamte Volumen des Innenbehälters ausfüllen. Durch die Di
stanzhalter wird einerseits ein noch schnelleres Befüllen der Kleinbehäl
ter mit tiefsiedendem verflüssigten Gas erzielt und andererseits eine
gleichmäßigere Wärmeeinströmung von dem Isolationsraum zu dem
Kältemittel erreicht. Die einströmende Wärme wird über die wärmelei
tenden Metallnetze, vorzugsweise Kupfernetze, gleichmäßig über das
gesamte Volumen des Kältemittels im Innenraum des Innenbehälters
verteilt.
Über ein in den Isolationsraum eingebrachtes Argon-transparentes
H₂-Getter wird ein konstanter Argon-Partialdruck während der gesamten
Lebenszeit des Kleinbehälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vaku
umwertes erfolgt durch Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den
Wandungsmaterialien aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die
Wärmeeinströmrate bestimmende Mittel Argon wird dabei von dem
Getter nicht adsorbiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kleinbehälters,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Distanzhalters.
Fig. 1 zeigt einen doppelwandigen Kleinbehälter der in seiner Ge
samtheit mit 10 bezeichnet ist. Der doppelwandige Kleinbehälter 10 be
steht aus einem Innenbehälter 11 und einem Außenbehälter 12. Der
Außenbehälter 12 umgibt den Innbehälter 11 unter Bildung eines Isola
tionsraumes 13. Der zwischen Innen- und Außenbehälter ausgebildete
Isolationsraum 13 wird evakuiert, beispielsweise auf 10-4 mbar. Das in
dem Isolationsraum 13 angeordnete Edelgas-transparente-H₂-Getter 14
wird unter Zuführung von Wärme aktiviert, so daß der von ihm gebun
dene Wasserstoff abgegeben wird. Der evakuierte Isolationsraum 13
wird anschließend mit einem Mittel geflutet bis ein empirisch ermittelter
Vakuumwert eingestellt ist. Als Mittel dienen vorzugsweise Edelgase,
insbesondere Argon. Anschließend wird der Isolationsraum 13 durch
Abquetschen des Pumpstutzens 37 gasdicht verschlossen.
Der Innenbehälter 11 ist mit einem Speichermaterial 15 gefüllt, das in
scheibenförmigen Lagen 17 bis 24 mit zwischen jeder Lage angeordne
ten Distanzhaltern 16 im Innenraum angeordnet ist. Das poröse Spei
chermaterial 15 auf der Basis von SiO₂ dient zur Aufnahme von den als
Kältemitteln bevorzugt eingesetzten tiefsiedenden verflüssigten Gasen,
insbesondere von verflüssigtem Stickstoff. Der tiefsiedende verflüssigte
Stickstoff wird mit einer Temperatur von -196°C (77k) von dem Spei
chermaterial 15 adsorbiert. Das Speichermaterial 15 und die zwischen
jeder Lage 17 bis 24 vorgesehenen wärmeleitenden Distanzhalter 16
weisen eine von der Behälteröffnung 25 bis zum Boden 26 des vor
zugsweise runden, und aus Edelstahl gefertigten Kleinbehälters 10 ver
laufende Befüllöffnung 27 auf. Über die Befüllöffnung kann Flüssig
stickstoff in den topfförmig, vorzugsweise mit kreisförmiger Seitenwand
33 ausgebildeten Innenbehälter 11 in kurzer Befüllzeit zugeführt wer
den, da der Flüssigstickstoff über die gesamte Höhe des Kleinbehälters
10 sofort von dem Speichermaterial 15 adsorbiert wird. Dabei kann der
Flüssigstickstoff über die zwischen den Lagen 17 bis 24 vorgesehenen
wärmeleitenden Distanzleiter 16 bis unmittelbar an die Seitenwand 33
strömen und großflächig von dem Speichermaterial 15 aufgenommen
werden. Zwischen den Lagen wird mittels der aus Metall oder Kupfer
bestehenden Distanzhalter 16 ein Abstand 36 von 1 bis 4 mm einge
stellt. Wie Fig. 2 zeigt, bestehen die Distanzhalter aus einem flächigen
Metallnetz 35 mit abstehendem Metallrand 34. Der Metallrand 34 be
stimmt dabei den Abstand 36 zwischen den Lagen 17 bis 24 des Spei
chermaterials 15.
Der Kleinbehälter 10 wird mit einem Verschlußdeckel 28 geschlossen
und mit einem Verschlußelement 29 verschlossen. Zwischen der Behäl
teröffnung 25 und der ersten Lage 17 des Speichermaterials 15 ist ein
Schutzsieb 30 vorgesehen, das das Eindringen von Verunreinigungen
beim Befüllen des Innenbehälters in den kleinen Behälter 10 bzw. das
Speichermaterial 15 verhindert.
Der als Kälteakku ausgebildete Kleinbehälter 10 kann in einem Isolier
container 31 eines Kühlfahrzeuges fest installiert sein oder zu dem
Kühlgut beigepackt werden.
Betriebsweise:
Der mit tiefsiedendem verflüssigten Stickstoff (-196°C) gefüllte Kleinbe hälter 10 wird in den Isoliercontainer 31 eines Kühlfahrzeuges beige packt. Über den eingestellten Argon-Partialdruck des Isolationsraumes 13 erfolgt eine definierte Wärmeströmung von dem im Isoliercontainer 31 vorhandenen Medium 32, im Normalfall Luft, zu dem Innenbehälter 11. Der Kleinbehälter 10 stellt dabei die zur Kompensation des ständig durch seine Wände einfallenden Wärmestromes aufzubringende Kälte leistung zur Verfügung, die den Isoliercontainer 31 auf eine gleichblei bende Temperatur kühlt. Dabei ist die bei vorgegebener Geometrie des Kleinbehälters 10 vorgesehene Kühldauer definiert, während der der im Innenbehälter angeordnete Flüssigstickstoff seine Kälteenergie an die im Isoliercontainer 31 vorhandene Luft abgibt. Bei festgelegter Geome trie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehälters, d. h. bei vorgege benem Kältemittelvolumen, legt der im Isolationsraum eingestellte Ar gon-Partialdruck die Kühldauer des jeweiligen Kleinbehälters vorher bestimmbar fest. Dies führt zu einer kontinuierlichen Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Dabei führen die wärmeleitenden Di stanzhalter im Kühlbetrieb gleichmäßig Wärme dem tiefkalten Kältemit tel zu.
Der mit tiefsiedendem verflüssigten Stickstoff (-196°C) gefüllte Kleinbe hälter 10 wird in den Isoliercontainer 31 eines Kühlfahrzeuges beige packt. Über den eingestellten Argon-Partialdruck des Isolationsraumes 13 erfolgt eine definierte Wärmeströmung von dem im Isoliercontainer 31 vorhandenen Medium 32, im Normalfall Luft, zu dem Innenbehälter 11. Der Kleinbehälter 10 stellt dabei die zur Kompensation des ständig durch seine Wände einfallenden Wärmestromes aufzubringende Kälte leistung zur Verfügung, die den Isoliercontainer 31 auf eine gleichblei bende Temperatur kühlt. Dabei ist die bei vorgegebener Geometrie des Kleinbehälters 10 vorgesehene Kühldauer definiert, während der der im Innenbehälter angeordnete Flüssigstickstoff seine Kälteenergie an die im Isoliercontainer 31 vorhandene Luft abgibt. Bei festgelegter Geome trie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehälters, d. h. bei vorgege benem Kältemittelvolumen, legt der im Isolationsraum eingestellte Ar gon-Partialdruck die Kühldauer des jeweiligen Kleinbehälters vorher bestimmbar fest. Dies führt zu einer kontinuierlichen Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Dabei führen die wärmeleitenden Di stanzhalter im Kühlbetrieb gleichmäßig Wärme dem tiefkalten Kältemit tel zu.
Vorteilhaft wird durch die Erfindung ein als Kälteakku ausgebildeter
Kleinbehälter 10 geschaffen mit dem eine vorgegebene Kälteenergie für
einen vorgegebenen Zeitraum bereitgestellt werden kann. Die Menge der
abzugebenden Kälteenergie ist dabei vom aufnehmbaren Volumen des
Kältemittels und der Kühldauer von der Geometrie und dem eingestell
ten Vakuumwert des Kleinbehälters abhängig. Über das in den Isolati
onsraum eingebrachte Argon-transparente H₂-Getter wird ein konstan
ter Argon-Partialdruck während der gesamten Lebenszeit des Kleinbe
hälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vakuumwertes erfolgt durch
Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den Wandungsmaterialien
aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die Wärmeeinströmrate be
stimmende Mittel Argon wird dabei von dem Getter nicht adsorbiert.
Claims (7)
1. Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung
von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von
Lebensmitteln und verderblichen Gütern mit einem das Kältemittel
aufnehmenden Innenbehälter (11) und einem durch einen
evakuierten Isolationsraum (13) von ihm getrennten Außenbehälter
(12), wobei der Außenbehälter (12) aus einem Boden (26),
Seitenwänden (33) und einer Behälteröffnung (25) mit einem
verschließbaren Deckel (28) besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß im evakuierten Isolationsraum (13) ein edelgas-transparentes
H₂-Getter (14) zur Abgabe von Wasserstoff durch
Wärmezuführung angeordnet ist, daß der Isolationsraum (13)
durch geflutetes Edelgas auf einen empirisch ermittelten
Vakuumwert eingestellt ist und daß der Innenbehälter (11) mit
einem porösen Speichermaterial (15) gefüllt ist.
2. Kleinbehälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das edelgas-transparente H₂-Getter (14) ein argon-
transparenter H₂-Getter ist, das als Edelgas im evakuierten
Isolationsraum (13) Argon und als Kältemittel im Innenbehälter (11)
verflüssigter Stickstoff verwendet wird.
3. Kleinbehälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermaterial (15) eine von der Behälteröffnung (25)
aus bis zum Boden (26) durchgehende Befüllöffnung (27) aufweist.
4. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermaterial (15) in mehreren Lagen (17 bis 24)
angeordnet ist und zwischen den Lagen (17 bis 24) wärmeleitende
Distanzhalter (16) angeordnet sind.
5. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Distanzhalter als Kupfernetze ausgebildet sind.
6. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Speichermaterial (15) ein Schutzsieb (30) die
Behälteröffnung (25) abdeckt.
7. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
eine topfförmige Ausbildung mit Boden (26) und Seitenwänden
(33) und einem die Behälteröffnung (25) verschließenden
Verschlußdeckel (28).
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Publications (1)
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